西門子840D數(shù)控系統(tǒng)手動(dòng)測(cè)量功能的擴(kuò)展及應(yīng)用

唐山軌道客車有限責(zé)任公司 (河北 063035) 黃軍軍 劉紹宏 劉建新

在高速動(dòng)車組生產(chǎn)中，所有大型關(guān)鍵部位的部件都要在數(shù)控加工中心上完成。而焊接件的變形較大，需要采用探頭測(cè)量各加工部位的狀態(tài)，對(duì)某些復(fù)雜的焊接件需要在加工前對(duì)加工余量進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)以及建立工件零點(diǎn)，在加工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)精確補(bǔ)償，從而保證高質(zhì)量、高精度的產(chǎn)品加工要求。

1.手動(dòng)測(cè)量功能及問題的提出

數(shù)控加工過程中，工件的裝夾找正及刀具的輔助測(cè)量占用較大時(shí)間。對(duì)于大型復(fù)雜加工件來說，通常采用手動(dòng)測(cè)量功能建立工件零點(diǎn)坐標(biāo)系，然后再通過編制好的程序進(jìn)行精確零點(diǎn)計(jì)算，從而建立工件精確零點(diǎn)。當(dāng)然也可用手動(dòng)測(cè)量功能進(jìn)行工件尺寸的檢測(cè)和加工余量的考證。

手動(dòng)測(cè)量功能是西門子840D數(shù)控系統(tǒng)自帶的一種功能，由于系統(tǒng)只能測(cè)量±X/±Y/-Z五個(gè)方向，當(dāng)A/C軸保持一定的角度時(shí)，則不能直接測(cè)量，有一定的局限性，也限制了手動(dòng)測(cè)量在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍。

SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)中的循環(huán)有以下幾種形式:工藝循環(huán)、測(cè)量循環(huán)、用戶循環(huán)、ISO兼容循環(huán)、編譯循環(huán)等。尤其是工藝循環(huán)和測(cè)量循環(huán)的開放性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:

(1)所有的工藝循環(huán)和測(cè)量循環(huán)都是以子程序的方式提供的，如有必要可以進(jìn)行修改;

(2)根據(jù)機(jī)床的工藝要求，用戶可以方便地編制自己的用戶循環(huán)。

基于以上特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際加工需要進(jìn)行編程的二次開發(fā)來擴(kuò)展手動(dòng)測(cè)量功能，以提升手動(dòng)測(cè)量功能的應(yīng)用范圍，在此以SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)通過編程舉例在實(shí)際加工中的應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證。

2.手動(dòng)測(cè)量功能的擴(kuò)展及應(yīng)用

公司數(shù)控加工設(shè)備大都為大型五軸龍門式加工中心，用于加工車體的復(fù)雜型材件及焊接件，某些加工件由于工件的特殊性及復(fù)雜性，加工前需檢測(cè)工件的加工余量，測(cè)量過程中需擺角測(cè)量，或加工后需要擺角測(cè)量用于檢測(cè)工件的垂直度等，由于機(jī)床自帶手動(dòng)測(cè)量功能的限制，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。因此，鑒于上述實(shí)際需求，通過對(duì)測(cè)量循環(huán)的研究及產(chǎn)品的實(shí)際需要對(duì)測(cè)量功能進(jìn)行擴(kuò)展使用。

以下以公司某車型車鉤梁組成為例進(jìn)行闡述，KK端加工時(shí)，必須保證前面板、車鉤安裝面的加工余量少于3mm，由于焊接變形大，既要考慮加工余量，還要考慮F端上面的水平度。

(1)測(cè)量循環(huán)編程方法:通過編制一測(cè)量循環(huán)CYCLE 730，主軸測(cè)量狀態(tài)由工程人員根據(jù)工件實(shí)際需要預(yù)定，實(shí)際運(yùn)用時(shí)操作者先手動(dòng)將主軸移動(dòng)到待測(cè)量位置，待位置合適時(shí)運(yùn)行測(cè)量循環(huán)CYCLE 730，測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)在測(cè)量循環(huán)預(yù)設(shè)的文件中。

首先定義各軸位置

通過采用二次開發(fā)的測(cè)量程序解決了這一問題。具體方法為:依靠定位工裝進(jìn)行粗定位，利用擴(kuò)展測(cè)量程序及坐標(biāo)系零點(diǎn)自動(dòng)補(bǔ)償程序進(jìn)行精調(diào)整，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)找正、零點(diǎn)自動(dòng)輸入，將人為因素的影響降到最低，同時(shí)擴(kuò)展測(cè)量程序的應(yīng)用，可以任意角度測(cè)量 (見圖1、圖2)。

圖1 工件垂直面各角度位置測(cè)量

圖2 工件水平面各角度位置測(cè)量

(2)利用840D數(shù)控系統(tǒng)編程如下:

通過采用擴(kuò)展的測(cè)量程序分別測(cè)量垂直面和水平面，對(duì)測(cè)得數(shù)值進(jìn)行比較，很直觀地得出工件的加工余量和互相位置關(guān)系的誤差，測(cè)量結(jié)果如圖3所示。

對(duì)于車體部件的不規(guī)則性和產(chǎn)品的多樣性，機(jī)床自帶手動(dòng)測(cè)量功能顯得適應(yīng)性不足。通過對(duì)手動(dòng)測(cè)量循環(huán)進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)功能的二次開發(fā)，使其功能得到擴(kuò)展和延伸，實(shí)現(xiàn)了任意角度轉(zhuǎn)軸的手動(dòng)測(cè)量，增加了各軸的有效行程，解決了轉(zhuǎn)軸測(cè)量需要計(jì)算實(shí)際探頭坐標(biāo)位置或編程旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系才能得到實(shí)際數(shù)值的問題。測(cè)量數(shù)值可以在機(jī)床、工件坐標(biāo)系任意轉(zhuǎn)換，自動(dòng)零點(diǎn)偏置賦值，數(shù)值自動(dòng)記錄并存儲(chǔ)，便于檢查校驗(yàn)。

圖3 測(cè)量結(jié)果存檔與顯示

3.結(jié)語

數(shù)控機(jī)床手動(dòng)測(cè)量功能的二次開發(fā)和應(yīng)用，可大大縮短鋁合金車體大型組焊件和型材件的找正、測(cè)量時(shí)間，有效地提高了測(cè)量效率，既節(jié)省了昂貴的加工中心工時(shí)，又提高了測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工件的高精確測(cè)量補(bǔ)償，避免了工件過切現(xiàn)象的發(fā)生，促進(jìn)了加工中心測(cè)量、找正、加工一體化。